DE2239068A1

DE2239068A1 - Auspufftopf, vorzugsweise zu verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2239068A1
Application number: DE19722239068
Authority: DE
Inventors: Tibor Dr Kolya
Original assignee: Autoipari Kutato Intezet
Current assignee: Autoipari Kutato Intezet
Priority date: 1971-08-10
Filing date: 1972-08-08
Publication date: 1973-03-29
Also published as: HU164184B; GB1405433A; FR2150025A5

Description

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AUTOIPARI KUTATO INTEZET, Budapest / Ungarn Auspufftopf, vorzugsweise zu Verbrennungsmotoren

Die Erfindung bezieht sich auf einen Auspufftopf, mit erhöhter Absorption und akustischer Impedanz, vorzugsweise zu Verbren- · nungsmotoren. Bei den Viertakt-Verbrennungsmotoren sind die allgemein angewendeten Auspufftöpfe hinsichtlich ihrer .Kammersysteme in Reihe oder parallel geschaltet, odeV weisen diese mit schallabsorbierenden Stoffen ausgefüllte akustische Filterelemente auf. Zahlreiche andersartige, jedoch auf diesen Gesetzen beruhende Auspufftopfe sind bekannt. Es werden auch mehrröhrige Schalldämpfer mit überbrückten Kammern* auf Interferenz und auf Widerhall basiert, aufgewendet.. Bei diesen Auspufftöpfen werden in deren System die Resonatoren klassischer Lösung in verschiedenen Anordnungen angewendet. Die

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Resonatoren werden in Reihe geschaltet und funktionieren bloss mit dem bedeutenden energieverbrauchenden Anspruch der Resonanzerscheinung, während bei der parallelen Schaltung die Federwirkung der Überführung zur Energieverringerung des Geräusches aufgewendet wird. Eine derartige Lösung wird in der Patentschrift USA 2 993 559 beschrieben. Ebenfalls ist eine Lösung mit einem gemischten Filterkreis bekannt, solch eine Lösung ist z. B. in der ungarischen Patentschrift 148 470 dargelegt. Wegen der beschränkten Abmessungsmöglichkeiten der Überführungsrohre werden die Kammern oft überbrückt, wobei die wirksame Dämpfung durch die mit einander in Verhältnis gestellten akustischen Zustände der Über brückungen, sowohl durch die entsprechende Auswahl der Luftmasse der Rohre erreicht werden kann; in der Regel sind sie als Totationskörper ausgestaltet. Eine derartige Lösung ist z. B. in der Patentschrift BDR 1 238 271 beschrieben.

Der erfindungsgemäße Auspufftopf weicht in seiner Form von der üblichen zylindrischen Gestaltung bzw. von dem Totationskörper ab, da er polygonalförmig ist, so kann dieser in der Regel eckig ausgebildet^und wenig Platz sichernden Gestellkonstruktionen neben den übrigen Kraftfahrzeugeinrichtungen vorteilhaft untergebracht werden. Im Interesse der Erhöhung der wirksamen Fil tration weichen die Überführungen ebenfalls von den bisherigen Lösungen ab, um die Abmessung verringern und den Innen raum vorteilhafter ausnützen zu können. Die Überführungen werden durch die entsprechende Anorndung der Wände der einander folgenden Rauminhalte bzw. durch Anwendung der Rauminhalte selbst ausgestaltet.

01« Linienführung der Überführungen, von den bekannten Kammer-Überführungen abweichend, ist im Interesse der Verminderung

aus des Strömungswiderstandes krumm und eckig\gestaltet. Um in den Überführungen eine erhöhte akustische Absorption erreichen zu können - wobei unter akustischer Absorption die infolge der Reibung zustande kommende Energlejrerringerung der Schallströmteilchen verstanden wird - wurde die Scherspannung der Schall-

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stromteilchen bedeutend erhöht; die Erhöhung wurde jeweils derart durchgeführt, daß der Überführungsquerschnitt des Gasstromes und damit der Widerstand praktisch weiterhin einen niedrigen Wert beibehalten. Bei unserer Erfindung wurden die in dem Auspufftopf vorhandenen Rauminhalte und die Überführungen nicht ihren Resonanzen nach zusammengestellt, sondern sie wurden als in Reihe geschaltete akustische Impedanzen behandelt. Mit den klassischen Lösungen verglichen wurde das ganze System aufgrund des erwähnten Impedanzprinzips und der vektoriellen Summierung der Impedanzen, ganz neuartig geplant bzw. zusammengestellt. Dementsprechend funktionieren die einzelnen Räume, Rauminhalte und Überführungen nicht als Heimholtz-Resonatoren, sondern sie kommen als die Resultate der in Reihe geschalteten Impedanzen zur Geltung; dadurch ist es gelungen den Widerstand der Gasströmung von dem akustischen Widerstand des Systems unabhängig zu machen und die Wirksamkeit mit dem niedrigen Strömungswiderstand zu paaren; mit dieser Methode konnten wir den gesamten Rauminhalt des Auspufftopfes - beim gleichzeitigen Erreichen des günstigsten Strömungswiderstandes - auf das Minimum verringern.

Im Interesse der breitbandigen Filtrierung des gesamten Systems wurde das Impedanzverhältnis der Überführungen aufgrund des Produktes der Wellenzahl und der Rauminhaltabmessungen kalkuliert, und derweise festgestellt, daß die Quotienten der mit dem sich anschließenden Rauminhalt gebildeten Impe-danzverhältnisse ebenfalls die kleinsten Abmessungen darbieten. In dem System wurde die Zahl der Rauminhalte und der Überführungen mit der Zielsetzung festgestellt, daß der gesamte einfassende Rauminhalt des Auspufftopfes und der Strömungswiderstand das Minimum nida t überschreite.

Derart wird die Größe und die Zahl der Rauminhalte nicht durch die Resonanzen, sondern durch die aus den Impedanzverhältnissen sich ergebende Eandbreite bestimmt, ebenfalls ist die Größe derjenigen erforderlichen Teildämpfungen maßgebend, deren Summe

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die resultierende Dämpfung ergibt. Die einzelnen ImpedanzVerhältnisse können mit Hilfe der unten angeführten Gleichungen ausgedrückt werden;

Ui C On * Kt

Z₂ S₁ . L₁ CJ (2 L₂ KS₂^. OT)

^und ~ 2 S₉ . L + S₉ . ^X 7"^iF

= 2 3 <d I "5 ¹^

Zp 2 S, . Lp + S, . V^

^J2
wobei:

Z₁ = Impedanz der Räume

Zp = Impedanz des dem Raum sich anschließenden Einleitungsrohrs bzw. Kanals

S₂ = Querschnitt des Einleitungsrohrs

S₁ = der auf den Schallstrom senkrechte Querschnitt des Rauminhalts

L₁ = Länge des Rauminhalts in der Richtung des Schallstroms L₂ = Länge des Einleitungsrohrs

S, = Querschnitt des Ausgangsrohrs

L., = Länge des Ausgangsrohrs

Ζ.* = Impedanz des dem Raum sich anschließenden Ausgangsrohrs bzw. Kanals

Bei der Planung wurde der Impedanzquotient des Rauminhalts und Ausgangsrohrs bloß auf den Rohrstutzen bezogen, so spielt das Ausgangsrohr des Auspufftopfes im Grunde bei der Planung keine Rolle.

Obiges zusammenfassend, bezieht sieh unsere Erfindung auf einen Auspufftopf, vorzugsweise zu Verbrennungsmotoren, dessen oberer Raum mit Trennplatten auf mehrere Teilräume aufgeteilt ist, zwischen denen Überführungen vorhanden sind, der Auspufftopf selbst 1st den Gasstromlinien entsprechend, aus einem um

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eine Achse höchstens bis 90° gekrümmtem Flachblech ausgebildet,. der Rauminhalt der Teilräume wird in der Abhängigkeit der akustischen Impedanzquotienten der sich anschliessenden Überführungen, der Wellenzahl und des Rauminhalt/Dimension-Produktes bestimmt, die Überführungen weisen eine erhöhte Absorption auf und sind zweckmäßig von ungleicher Länge.

Das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Auspufftopfes wird anhand Figur 1 und Figur 2 dargestellt, wobei Figur 1 den Schnitt des gesamten Auspufftopfes, Figur 2 die konstruktive Gestaltung der Überführung zeigt.

Der Auspufftopf besteht aus in Reihe geschalteten Rauminhalten 1, 2, 3 und Überführungen 4, 5 deren Grosse und Gestalt durch die erforderlichen akustischen Impedanzen bestimmt wird. Ausserde* sind Überführungen 4, 5 derart bemessen, daß der Verbrauch an kinetischer Energie der Schallwellen-Luftteilchen mit der, an dem Innenaantel der dreieckigen oder polygonalen Überführungen entstehenden Scherspannungen verttältnisgleich sei. Die Zahl und Gestalt der Überführungselemente soll so gewählt werden, daß in der Überführung die Schallgeschwindigkeit nicht bedeutend abnehme, beziehungsweise darf die Transmission in den Kanälen wegen der Impedanz nicht in wahrnehmbarem Hasse zunehmen.

Wenn auch das Mass der Zunahme der akustischen Impedanz infolge der erhöhten Zahl der Überführungen sich vermindert, verbleibt die zunehmende Charakteristik des Tieffrequenzwiderstandes, die Absorption erhöht sich, wodurch auch die dämpfende Wirkung der Überführungen 4 und 5 sich erhöht. Die einzelnen Kanäle der Überführungen können von verschiedener Länge, Querschnittsform resp. Abmessung sein. Zwischen den Rauminhalten 1 und 2 befindet sich die Überführung 4, zwischen den Rauminhalten 2 und 3 ist Überführung S vorhanden. Die den Rauminhalt 1 bildende Trennwand β, Lenkplatte 7 sind den Stromlinien entsprechend um die Achse höchstens bis 90° gekrümmt ausgebildet. Die Eingangsöffnung 8 und Ausgangsöffnung 9 weisen einen Kreisquerschnitt auf.

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Uni.

Der Auspufftopf funktioniert, wie folgt;

das Auspuffgas und das Geräusch gelangen durch Eingangsöffnung in Rauminhalt 1, wo die Dämpfung durch die Impedanz des Rauminhalts erfolgt. Das ungedämpfte zurückgebliebene Geräusch wird durch die Impedanz der Überführung 4 und durch die Reibung weiter absorbiert. Der Prozess wiederholt sich analogerweise in Rauminhalten 2, 3und in der überführung 5. Der Widerstand des der Ausgangsöffnung 9 sich anschließenden, nicht dargestellten Ausgangsrohrs ist unbedeutend geworden. Die Ein- und Ausführung des erfindungsgemäßen Auspufftopfes kann auf jedwelcher Seite des Prismas, konzentrisch oder exzentrisch und in gewünschtem Querschnitt und Profil angebracht und der Auspufftopf Jedwelchem Kraftfahrzeugtyp gut angepaßt werden.

Ein weiterer Vorteil des Auspufftopfes besteht darin, daß der Gasströmungswiderstand in den Überführungen nährend dee Betriebes in der Abhängigkeit des Umfanges linear Sich ändert, wobei der Widerstandsfaktor weiterhin durch die Reibung zwischen den Wänden und der Luft bestimmt wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Auspufftopf, vorzugsweise zu Verbrennungsmotoren, dessen Innenraum mit Trennplatten auf mehrere Teilräume aufgeteilt ist, zwischen denen zweckmäßig Überführungen angeordnet sind, dadurch g e k e η η ζ e ic h η e t, daß der Auspufftopf aus-? schließlich, den Gasstromlinien entsprechend, um eine Achse, aus einer höchstens bis 90° gekrümmten Flachplatte ausgestaltet ist, die Rauminhalte der Teilräume (l, 2, J>) von den akustischen Impedanzverhältnissen der dazu sich anschließenden Überführungen (4, 5) abhängt, weiterhin hängen sie von dem Impedanzquotienten des mit der Überführung (4, 5) ins Verhältnis gestellten Teilraums ab, desweiteren werden diese in der Abhängigkeit der Wellenzahl und des Rauminhalt/Dimension-Produkts miteinander ins Verhältnis gestellt bestimmt, wobei die Absorption der Überführungen (4, Jj) sich erhöht und die Überführungen zweckmäßig von verschiedenen Längen sind. . ■ .

2. Auspufftopf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionserhöhung und die Einstellung der Impedanzen mit Hilfe harmonikaartig und/oder wellenlinienartig ausgebildeten Platteneinsatzes realisiert wird.

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